Система управления вибростендом Советский патент 1988 года по МПК G05D19/02 

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть применено для точного воспроизведения вибраций, задаваемых генератором на вибростенде образцового виброкалибровочного средства.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона частот вибрации.

На чертеже показана структурная схема системы.

Система управления вибростендом содержит датчик 1 вибраций, предварительный усилитель 2, генератор 3 тактовых импульсов, первый счетчик 4, первый задатчик 5 вибраций, реверсивный счетчик 6, сумматор 7, алгебраический сумматор 8, усилитель 9 мощности, вибростенд 10, второй задатчик 11 вибраций, регулируемый усилитель 12, запоминающие регистры 13 и 14, цифровые компараторы 15 и 16, измеритель 17 нелинейных искажений, элемент 18 задержки, задатчик 19 минимального коэффициента нелинейных искажений, триггер 20, элементы И 21 и 22, второй счетчик 23, делитель 24 частоты, импульсный вход 25 с выхода задатчика смены частоты (не по казан) и вход 26 с выхода генератора запускающих импульсов (не показан). Каждый из задатчиков 5 и 11 содержит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 27, цифро-аналоговый преобра- зоваГель (ЦАП) 28 и фильтр 29 нижних частот (ФНЧ).

Устройство работает следующим образом.

С выхода генератора 3 поступают

тактовые импульсы с частотой f ,

т н которая определяется из соотношения

f n.-N-f|, где f - частота возбуждения стенда, N - число дискретных точек за период сигнала возбуткдения, п - отношение резонансной частоты стенда к частоте возбуждения, равное номеру искажающей гармоники. Тактовые импульсы поступают непосредственно на счетчик 23 и через делитель 24 на счетчик 4. Объем каждого счетчика равен числу N, коэффициент деления делителя 24 составляет п. Резонансная частота стенда известна заранее, поэтому заранее известен и коэффициент п. Счетчики 4 и 23 формируют периодически повторяющиеся последовательности кодов от О до N-1. В ячейках ПЗУ 27 по этим ко

дам, являющимся адресами, записаны последовательные отсчеты функции синуса из расчета N дискретных точек за период. Поэтому на выходах ПЗУ 27 образуются квантованные гармонические сигналы: в задатчике 5 - с частотой возбуждения f , в задатчике 11 - с частотой n:f,, т.е. - с частотой п-й гармоники сигнала возбуждения. ,

Квантованные сигналы преобразуются ЦАП 28 в уровни напряжения, изменяющиеся ступеньками по закону синуса, и далее сглаживаются ФНЧ 29 до формы

5 чистых круговых функций. Сигнал возбуждения с выхода задатчика 5 вибраций поступает на прямой вход алгебраического сумматора 8, а сигнал задатчика 11 - на инверсный, но предва0 рительно прошедший через усилитель 12 коэффициент усиления которого определяется кодами регистра 13 и может принимать значения от О до 1. Этому диапазону соответствуют показа5 ния измерителя 17 нелинейных искажений, подключенного к входу регистру 13. Частота смены показаний измерителя 17 определяется импульсами на входе 26.

0 Чтобы произвести демпфирование на установленной частоте возбуждения (заданы f- и N) на импульсный вход 25 системы подается исходный запускающий импульс. Регистр 13 устанавливается в О. При этом значение коэффициента передачи сигнала усилителя 12 соответствует нулевому значению. Алгебраический сумматор 8 повторяет на выходе сигнал возбуждения, который

0 формируется задатчиком 5 вибраций. Стенд 10 подвергается чистому гармоническому возбуждению. Если оно попадает в полосу резонансного захвата, то в спектре колебаний вибростенда 10 появляется п-я искажающая гармоника. Ее долю по отношению к основному сигналу определяет измеритель 17 нелинейных искажений. Значение коэффициента гармоники на выходе измерителя 17 формируется за время не более, чем период импульсов запуска по входу 26 системы. А для элемента 18 постоянная времени задержки должна быть всегда больше длительности этого периода. Поэтому исходный импульс, поданный на вход 25 системы и, следовательно, на вход элемента 18, появится на его выходе после того, как измеритель 17 определит величину иска5

5

0

5

31

жений. С появлением задержанного исходного импульса на входе записи регистра 13 значение коэффициента гармоники запишется в регистр 13 с выхда измерителя 17 и установится на входе управления усилителя 12, Усилтель 12 сформирует на инверсном вхо сумматора 8 такую же долю гармоники задатчика 11 по отношению к сигналу задатчика 5, какую долю составляет резонансная гармоника вибростенда 1 по отношению к амплитуде его рабочи колебаний.

С этого момента начинается непосредственно процесс демпфирования. Задача системы - сформировать гармонику возбуящающего сигнала так, чтобы она оказалась в противофазе с резонансной гармоникой и тем самым подавила ее. Сдвиг осуществляется изменением соотношения адресов ПЗУ 27 задатчика 11 по отношению к задатчи- ку 5 вибрации. Величина сдвига пропорциональна коду реверсивного счетчика 6. Импульсы запуска по входу 26 системы определяют циклы срабатьшани измерителя 17 нелинейных искажений, одновременно записывая предыдущее его показание в запоминающий регистр 14. Компаратор 15 сравнивает текущее и предыдущее значения коэффициента гармоники. Если текущее значение оказалось больше, значит гармоника была сдвинута при формировании в неверном направлении. В этом случае на выходе компаратора 15 появится единичньй потенциал, который разреши прохождение очередного импульса запуска через элемент И 21 на счетный вход триггера 20. Последний изменит свое состояние на противоположное. Поскольку выходы триггера 20 управляют характером счета реверсивного счетчика 6, последний изменит режим работы: установится на вычитание, если перед этим суммировал, или начнет суммировать, если перед этим вычитал. Изменение режима работы счетчика 6 означает изменение направления фазы гармоники. Если сдвиг гармоники приближает ее к противофазе по отношению к резонансу, то каждое послед тощее показание измерителя 17 нелинейных искажений будет меньше предыдущего. Поэтому на выходе компаратора 15 будет существовать нулевой потенциал, который запретит прохождение импульсов через элемент И 21

0

5

0

863

4

и оставит триггер 20 в неизменном состоянии. Одновременно компаратор 16 - сравнивает текущее значение коэффициента гармоники с минимальным значением этой величины на выходе задатчика 19 (устанавливается оператором). Если текущее значение будет больше, значит демпфирование надо продолжить. В этом случае на выходе компаратора 16 удерживается потенциал, разрешающий прохождение через элемент И 22 на счетный вход реверсивного счетчика 6 очередного импульса запуска. Счетчик 6 подсчитывает импульсы, в результате соотношение адресов. ПЗУ 27 в задатчиках 11 и 5 изменяется на единицу, а фаза гармоники возбуждения сдвигается на один квант по отношению к фазе основного сигнала. Основным узлом цепи сдвига является сумматор 7, Он добавляет к адресам задатчика 11 (с выхода счетчика 23) компенсирующую добавку - код счетчи- 5 ка 6, в то время как адресный режим задатчика 5 остается неизменным. Если отсчет измерителя 17 окажется меньше кода задатчика 19, компаратор 16 выдаст нулевой потенциал, и эле- . 0 мент И 22 не пропустит импульсы в счетчик 6. Соотношение фаз гармоники и основного сигнала возбуждения зафиксируется и будет неизменным, пока искажения колебаний стенда вновь не станут выше нормы.

В предлагаемой системе источником гармоники возбуждения является ПЗУ 27 задатчика 11 вибрации в отличие от ОЗУ в известной, куда гармоника запи- 0 сывается вместе с основным сигналом. Поскольку доля записьшаемой гармоники не превышает 30% от уровня рабочего возбуждения, то она не превьш1ает 30% динамического диапазона ОЗУ, вследствие чего аппроксимируется малым числом уровней квантования, а значит с большой относительной ошибкой. В ПЗУ 27 задатчика 11 предлагаемой системы гармоника записана без посторонних сигналов и занимает весь диапазон памяти, как и основной cjjr- нал ПЗУ 27 задатчика 5. Оба сигнала формируются с наивысшим для принятого числа разрядов разрешением. Усилитель 12 уменьшает амплитуду гармоники, уменьшая величину кванта напряжения. Сетка квантования сгущается, но количество ее уровней остается неизменным. В результате абсолютное разре5

5

0

5

шение формы воспроизводимой гармоники возрастает еще больше, и точность демпфирования оказьшается гораздо выше в предлагаемом устройстве, чем в известном.

Предлагаемая система не содержит АЦП, и в этом заключается ее принципиальное преимущество перед известной. Устройство, предварительно запоминающее сигнал обратной связи, может демпфировать резонансную гармонику вибростенда лишь на тех частотах, которые допускает быстродействие АЦП Как показано вьше, эти частоты не превосходят 2 кГц. В то же время, современные ПЗУ с временем считывания (50-100) НС могут сформировать гармонику, представленную 128 дискретными отсчетами, с частотой (40- 75) кГц. Это значит, что девятую гармонику предлагаемая система может демпфировать на частотах до (4,5- 9) кГц, а третью - в диапазоне до (15-27) кГц. Таким образом, быстродействие предлагаемого устройства превышает быстродействие известного по крайней мере вдвое. Формула изобретени

Система управления вибростендом, содержащая датчик вибрации, установленный на вибростенде и подключенны выходом к входу предварительного ус лителя, последовательно соединенные первый счетчик и первый задатчик ви рации, последовательно соединенные алгебраический сумматор и усилитель мощности, подключенный выходом к виростенду, а также реверсивный счетчик, два цифровых компаратора, два запоминающих регистра и последоватено соединенные генератор тактовых ипульсов, второй счетчик и сумматор, подключенный вторым входом к выходу реверсивного счетчика, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона частот вибраций, в систему введены делитель частоты, второй задатчик вибраций, регулируемый усилител

Составитель В. Редактор Е. Папп Техред М. одяни

0

5

0

5

0

36

0

5

элемент задержки, измеритель нелинейных искажений, задатчик минимального коэффициента нелинейных искажений, два элемента И и триггер, подключенный первым и вторым выходами соответственно к первому и второму входам реверсивного счетчика, а счетным входом - к выходу первого элемента, причем делитель частоты подключен входом к выходу генератора тактовых импульсов, а выходом - к входу первого счетчика, второй задатчик вибраций соединен входом с выходом сумматора, а выходом - с входом регулируемого усилителя, который соединен выходом с вычитающим входом алгебраического сумматора, подключенного суммирующим входом к выходу первого за- датчика вибраций, а управляющим входом регулируемый усилитель соединен с выходом первого запоминающего регистра, который входом установки нуля непосредственно, а входом записи через элемент задержки связан с за- датчиком смены частоты, измеритель нелинейных искажений соединен информационным входом с выходом предварительного усилителя, входом запуска - с выходом генератора запускающих импульсов, а выходом - с инфррмацион- ными входами первого и второго запоминающих регистров и первыми входами первого и второго цифровых компараторов, второй запоминающий регистр соединен входом установки нуля с выходом генератора запускающих импульсов, а выходом - с вторым входом первого цифрового компаратора, подключенного выходом к первому входу первого элемента И, выход задатчика минимального коэффициента нелинейных искажений соединен.с вторым входом второго цифрового компаратора, подключенного выходом к первому входу второго элемента И, соединенного выходом со счетным входом реверсивного счетчика, вторые входы первого и второго элементов И соединены с выходом генератора запускающих импульсов.

Корректор Н, Король

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть применено для точного воспроизведения вибраций, задаваемых генератором на вибростенде образцового виброкалибровочного средства. Цель изоб ретения - повышение точности и расши рение диапазона частот вибраций. Для этого система управления вибростендом содержит датчик 1 вибрации, предварительный усилитель 2, генератор 3 тактовых импульсов, счетчики 4, 23, задатчики 5, 11 вибраций, реверсивный счетчик 6, сумматор 7,. алгебраический сумматор 8, усилитель 9 мощности, регулигуемый усилитель 12, запоминающие регистры 13, 14, цифровые компараторы 15, 16, измеритель 17 нелинейных искажений, элемент 18 задержки, задатчик 19 минимального коэффициента нелинейных искажений, триггер 20, элементы И 21, 22, делитель 24 частоты, импульсный вход 25 (смены частоты) и вход 26 (запускающих импульсов). Каждый задатчик 5, 11 содержит постоянное запоминающее устройство 27, цифроаналоговый преобразователь 28 и фильтр 29 нижних частот. Предлагаемая система обладает повышенной точностью за счет использования всего объема постоянного запоминающего устройства и расширенным диапазоном частот задаваемых вибраций за счет увеличения быстродействия. 1 ил. с о (Л JG СХ) ёо